第四章：射线检测新考工艺部分

1射线检测第四章：射线透照工艺二零一三年十月22013年RT理论课程表日期时间章节理论授课内容10.31上午第二章射线检测的设备和器材10.31下午第三章射线照相质量的影响因素11.1上午第四章射线检测工艺11.1下午第四章射线检测工艺11.4上午第四章射线检测工艺11.4下午第五章暗室处理技术备注：1.以《射线检测》为主；2.授课时间：上午8:15~12:00下午2:15~6:003教材本课程主要采用“全国特种设备检验协会”组织编写、强天鹏主编，中国劳动社会保障出版社出版的NDT全国特种设备无损检测人员资格考核统编教材《射线检测》4主要讲解内容：本课程主要讲解射线检测第三章射线照相质量影响因素：对比度、清晰度、颗粒度，第四章射线透照工艺：工艺选择、透照方式及长度计算、曝光曲线、工艺技术。第五章暗室处理技术等方面的重点、要点内容。针对本次考试的重点、关键，按照考规的具体要求，进行有针对性的复习。课堂上主要针对培训教材中的重点、要点、难点问题进行讲解，并答疑。5主要讲解内容本节课程主要讲解第四章射线检测的工艺，按照TSGZ8001-2013《特种设备无损检测人员考核规则》C2.2部分，对掌握部分（●）和理解部分（■）作重点讲解，对概念、常用公式、与实际工作相关的知识，要求充分理解，掌握，吃透，对了解部分（▲）作一般性介绍，要求掌握一般性的概念性知识即可。课堂上主要针对培训教材中的重点、要点、难点问题进行讲解，并答疑。6第四章：射线透照工艺4.1透照工艺条件的选择射线透照工艺：是指为达到一定要求而对射线透照过程规定的方法、程序、技术参数和技术措施等，也泛指详细说明上述方法、程序、参数和措施的书面文件。7工艺条件：是指工艺过程中的有关参变量及其组合。透照工艺条件包括：设备器材条件、透照几何条件、工艺参数条件和工艺措施条件等。81、射线源和能量的选择（●）射线源的选择选择射线源的首要因素是射线源所发生的射线对被检试件具有足够的穿透力。a.对X射线来说穿透力取决于管电压。b.对γ射线来说穿透力取决于放射源种类。9工业X射线设备可透照的钢的最大厚度射线能量高灵敏度法可穿透钢最大厚度（mm）低灵敏度法可穿透钢最大厚度（mm）100kV1016150kV1524200kV2535300kV4060400kV751001MV1251502MV2002508MV30035030MV32545010常用γ射线源可透照的钢厚度范围源种类高灵敏度法（mm）低灵敏度法（mm）Se7514～405～50Ir19220～9010～100Cs13730～10020～120Co6060～15030～20011选择射线源时，还必须注意X射线和γ射线的照相灵敏度差异。由有关理论可知，对比度ΔD、不清晰度U和颗粒度σD是左右射线照相影像质量的三大基本参数。实验表明，在40mm以下的钢厚度，用Ir192透照所得射线底片的对比度不如X射线底片。以25mm钢厚度为例，前者的对比度大约比后者要低40%。对比度自然影响到像质计灵敏度，因此，40mm以下钢厚度用Ir192γ射线透照所得像质计灵敏度不如X射线所得像质计灵敏度。但对40mm以上钢厚度，则两者得像质计灵敏度大致相同。12另一方面，Ir192的固有不清晰度Ui（0.17mm）比400kV得X射线还大，分别时100kV、200kV、300kV、350kVX射线Ui值的3.4倍、1.8倍、1.4倍、1.3倍。此外，还有颗粒性，即噪声问题：由于Ir192有效能量较高，由此引起的底片噪声也会明显增大，从而干扰射线照相底片上小缺陷，尤其小裂纹的影像显示。因此，如果就小缺陷检出灵敏度来比较γ射线与X射线，则两者的差距更明显。13选择射线源的注意事项X射线和γ射线的照相灵敏度差异40mm以下钢厚度用Ir192γ射线透照所得像质计灵敏度不如X射线所得像质计灵敏度。但对40mm以上钢厚度，则两者得像质计灵敏度大致相同。固有不清晰度和颗粒性（底片噪声）Ir192与≤400kVX射线比较：固有不清晰度和底片噪声，均大于X射线。14X射线机的特点体积较大，以便携式、移动式、固定式依次增大。基本费用和维修费用较大。能检查40mm以上钢厚度的大型X射线机成本很高，其发展倾向为移动式而非便携式。X射线能量可改变，因此，对各种厚度的试件均可使用最适宜的能量。X射线机可用开关切断，故较易实施射线防护。曝光试件一般为几分钟。所有X射线机均需电源，有些还需有水源。15γ射线源的特点射源曝光尺寸小，可用于X射线机管头无法接近的现场。不需电源或水源。运行费用低。曝光时间长，通常需几十分钟，或者几小时。对薄钢试件（如5mm以下），只有选择合适的放射性同位素（如Yb169，Tm170）才能获得较高的探伤灵敏度。16选择射线源的原则对轻质合金和低密度材料，最常用是X射线。要透照厚度小于5mm的钢，除非允许较低的探伤灵敏度，也应选用X射线。如要对大批量的工件实施射线照相，选择X射线为好，因为曝光时间较短。对厚度大于150mm的钢，即使用最大的γ射源，曝光时间也是很长的，如工件批量大，宜用兆伏级高能X射线。17对厚度为50～150mm的钢，用X射线和γ射线可得到几乎相同的像质计灵敏度，但裂纹检出率还是有差异的。对厚度为5～50mm的钢，用X射线总可获得较高的灵敏度，γ射线源的选用则应根据具体厚度和所要求的探伤灵敏度，选择Ir192或Se75，并应考虑配合适当的胶片类别。对某些条件困难的现场透照工作，体积庞大的X射线机使用不方便，在满足标准条件要求时，可选择γ射线源进行检测。18只要工件直径的焦距能满足几何不清晰度要求，环形焊缝的透照应尽量选用圆锥靶周向X射线机作内透中心法垂直周向曝光，以提高工效和影像质量。对直径较小的锅炉联箱管或其他管道焊缝，也可选用小焦点（0.5mm）的棒阳极X射线管或小焦点（0.5～1mm）γ射线源作360°周向曝光。19选用平靶周向X射线机对环焊缝作内透中心法倾斜全周向曝光时，必须考虑射线倾斜角度对焊缝中纵向面状缺陷的检出影响。20射线能量的选择X射线能量：由施加于X射线管的高压决定，既管电压，一般称它为透照电压，能量可以根据需要调节。射线能量：由射线源的种类决定，能量不可调节。21选择射线能量的首要条件：具有足够的穿透力。射线能量：对射线照片的影像质量和射线照相灵敏度都具有重要影响。22能量过高X射线的平均波长变短，有效能量增大，线质变硬，穿透能力增强，衰减μ系数减小，对比度ΔD降低，固有不清晰度Ui增大，底片颗粒度也将增大，其结果是射线照相影像质量降低，灵敏度下降。23能量过低穿透力不够，透过工件到达胶片的射线强度过小，造成底片黑度不足，曝光时间过分增加，显影时间延长，灰雾增大，清晰度下降，以至底片报废一系列现象。24能量的选择的原则是：选取的射线能量应与透照物体的材料和厚度相适应，在保证穿透力的前提下，选择能量较低的射线。25选择能量较低的射线可以获得较高的对比度，但是对比度提高却意味着透照厚度宽容度的下降。对比度过度提高则使很小的透照厚度差将产生很大的底片黑度差，使得底片黑度值超出允许范围；或是厚度大的部位底片黑度太小，或是厚度小的部位底片黑度太大。因此，在有透照厚度差的情况下，选择射线能量还必须考虑能够得到合适的透照厚度宽容度。26在底片黑度不变的前提下，提高管电压可以缩短曝光时间，从而可以提高工作效率，但其代价是灵敏度降低。为保证透照质量，标准对透照不同厚度允许使用的最高管电压都有一定限制，并要求有适当的曝光量。下图为一些材料的透照厚度所对应的允许使用的最高管电压。27最高透照电压与透照厚度的关系28在具体确定射线能量时常还需要考虑其他一些情况，如一次透照厚度的变化范围、要求的检验技术级别等，即使在只考虑射线照相灵敏度时，也要与选用的焦距同时考虑。例如，当一次透照厚度的变化范围较大时，可能选用偏高一些的射线能量，当采用灵敏度高的技术时，由于选用细颗粒的胶片，也会选用偏高一些的射线能量等。292、焦距的选择（●）焦距是射线源与胶片之间的距离，通常以F记号表示。焦距对射线照相灵敏度的影响主要表现在几何不清晰度上。由Ug=dfL2/（F-L2）可知，焦距F越大，Ug值越小，底片上的影像越清晰。在实际透照中选择焦距时，焦点尺寸也是需要考虑的相关因素。30在实际的射线照相检验中所使用的射线源，总是具有一定的尺寸，因而必然要产生一定的几何不清晰度。在讨论影像质量时曾给出几何不清晰度的计算公式Ug=df×b/（F－b）从此式可以得到计算焦距最小值的公式Ugmax=df×L2/L1TFdTUgTFdTUgTFdTUgTFdTUg31焦距直接关系到射线照相的几何不清晰度，并影响其他透照参数的确定，对射线照相得到的影像质量，也就是对射线照相灵敏度具有重要影响。从上式可以看到，在确定焦距时应同时考虑物体的透照厚度、射线源的焦点尺寸、限定的几何不清晰度。32确定焦距时必须考虑的是：1）所选取的焦距必须满足射线照相对几何不清晰度的规定；2）所选取的焦距应给出射线强度比较均匀的适当大小的透照区。前者限定了焦距的最小值，后者指导如何确定实际使用的焦距值。33为保证射线照相的清晰度，标准对透照距离的最小值有限制。在我国现行JB/T4730标准中，规定透照距离f（L1）与焦点尺寸df和透照厚度b（L2）应满足以下关系：技术等级透照距离f（L1）Ug值2/31/3A级：f≥7.5df·bUg≤(2/15)b2/31/3AB级：f≥10df·bUg≤(1/10)b2/31/3B级：f≥15df·bUg≤(1/15)b由于焦距F=f+b（或L1+L2）,所以上述关系也就限制了F的最小值34在实际工作中，焦距的最小值通常由诺模图查出。诺模图的使用方法如下：在df线和b（L2）线上分别找到焦点尺寸和透照厚度对应的点，用直线连接这两个点，直线与f（L1）的交点即为透照距离f（L1）的最小值，而焦距最小值即为Fmin=f+b（或L1+L2）。35A和B级确定焦距最小值的诺模图36AB级确定焦距最小值的诺模图37在实际透照时所用的焦距比最小焦距要大得多。这是因为透照场的大小与焦距相关。焦距增大后，匀强透照范围增大，这样可以得到较大的有效透照长度，同时影像清晰度也进一步提高。焦距选择时还与工件的几何形状与透照方式有关：如。为得到较大的一次透照长度和较小的横向裂纹检出角，在采用双壁单影法透照环缝时，往往选择较小的焦距，而当采用中心内照法时，焦距就是筒体的外半径。383、曝光量的选择与修正（●）1.曝光量的推荐值曝光量是射线透照工艺中的重要参数。定义：曝光量（E）为射线源发出的射线强度与照射时间的乘积。对于X射线来说，曝光量时指管电流i与照射时间t的乘积（E=it）；对于γ射线来说，曝光量是指放射源活度A与照射时间t的乘积（E=At）。39曝光量与黑度的关系：1）底片的黑度取决于胶片感光乳剂吸收的射线量。2）在透照时，如果固定各项透照条件（试件尺寸、源、试件、胶片的相对应位置、胶片和增感屏、给定位的放射源或管电压），则底片黑度与曝光量有很好的对应关系，可以通过改变曝光量来控制底片黑度。3）曝光量不只影响影像的黑度，也影响影像的对比度、颗粒度以及信噪比，从而影响底片上可记录的最小细节尺寸。40X射线照相时推荐的曝光量技术等级胶片类型曝光量（mA·min）注：推荐值指焦距为700mm时的曝光量。当焦距改变时可按平方反比定律对曝光量的推荐值进行换算。高灵敏度T1或T230中灵敏度T320一般灵敏度T41541JB/T4730.2-2005技术等级胶片类型曝光量（mA·min）注：推荐值指焦距为700mm时的曝光量。当焦距改变时可按平方反比定律对曝光量的推荐值进行换算。B级T1或T220A级和AB级T3或更高15422.互易律、平方反比定律和曝光因子1）互易律：是光化学反映的一条基本定律，它指出：决定光化学反应产物质量的条件，只与总的曝光量相关，即取决于辐射强度和时间